CN101988373B - 钻孔设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻孔设备，具有一个确定一条钻杆轴线的钻孔架、一个用于许多钻杆节的钻杆库和一个用于从钻杆库接收一个钻杆节并将该钻杆节转移到钻杆轴线上的转移装置，其特征在于，转移装置沿钻杆节的纵轴线方向相对于钻杆库可移动。

Description

钻孔设备
技术领域
本发明涉及一种钻孔设备，具有一个确定一条钻杆轴线的钻孔架、一个用于许多钻杆节的钻杆库和一个用于从钻杆库接收一个钻杆节并将该钻杆节转移到钻杆轴线上的转移装置。
背景技术
在将钻孔引入到土层中时，而且特别是在所谓的水平钻孔中，其中，从表面或一个引入到土层中的发射井开始将一个钻孔水平或倾斜地引入到土层中，有序地使用一些钻杆，这些钻杆由各个根据钻孔进展逐渐相互连接的钻杆节构成。以这种方式，利用相对短的钻杆节可以引入部分达到数百米远的钻孔。
在许多钻孔设备中，自动地实现将一个新的钻杆节装配到钻杆上。钻孔设备通常为此具有一个在其中支承许多钻杆节的钻杆库以及一个钻杆转移装置，该钻杆转移装置抓取一个从钻杆库释放的钻杆节并且这样定位在钻孔设备的钻孔架中，以致相应的钻杆节的纵轴线与钻杆的纵轴线同心地设置。可以借助一个旋转驱动装置抓住这样定位的钻杆节并将其引导到钻杆的自由端上且然后通过旋转该钻杆节将其与钻杆的后端拧紧。
DE19953458C1公开了一种这样的钻孔设备，其中，钻杆库定位在钻杆轴线上方和侧向并且各个钻杆节从在钻杆库下方的转移位置借助一个摆动臂输送到钻杆轴线上。
在由现有技术已知的钻杆转移中的一个问题是，为了将要新装配的钻杆节引导到钻杆的后端上，必须在钻杆转移装置的支架中移动钻杆节，这特别在将钻杆节夹紧固定在钻杆转移装置中时，不仅在钻杆节上而且还在转移装置上都带来很高的磨损。
发明内容
从这种现有技术出发，本发明的任务在于，建议一种开头所述类型的钻孔设备，它的突出之处在于对将钻杆节转移到钻杆轴线上进行了改进，并且其中特别降低了在钻杆节上和在转移装置的支架上的磨损。
这一任务通过本发明的钻孔设备实现，其具有一个确定一条钻杆轴线的钻孔架、一个用于许多钻杆节的钻杆库和一个用于从钻杆库接收一个钻杆节并将该钻杆节转移到钻杆轴线上的转移装置。根据本发明规定，转移装置包括一个抓取单元，并且抓取单元具有一个抓具，其能够固定钻杆节，其中在抓取单元中集成一个直线驱动装置，并且经由该直线驱动装置，抓具在抓取单元中的相对位置沿钻杆节的纵轴线方向能够被改变。
本发明的核心在于，通过以下方式降低钻杆节或转移装置的磨损，即通过沿其纵轴向方向移动钻杆节，执行该移动为的是将钻杆节引导到管线的自由端上，而在钻杆节与转移装置之间没有相对运动，而是相反地，转移装置本身与固定在其中的钻杆节一起相对于钻杆库移动。
本发明的钻孔设备因此具有一个确定一条钻杆轴线的钻孔架、一个用于许多钻杆节的钻杆库和一个用于从钻杆库接收一个钻杆节并将该钻杆节转移到钻杆轴线上的转移装置，并且其特征在于，转移装置沿钻杆节的纵轴线方向相对于钻杆库可移动。
“钻孔架”被理解为一种装置，借助它可以将一个由多个钻杆节构成的钻杆推入土层中。该装置通常包括至少一个用于推进钻杆的直线驱动装置、一个用于旋转地驱动钻杆的旋转驱动装置和一个或多个夹紧机构，经由所述夹紧机构可以固定钻杆或待装配的钻杆节。特别是有序地设置一个夹紧装置，借助该夹紧装置可以固定钻杆的自由端，以便能够拧入一个要新装配的钻杆节。
“钻杆轴线”是通过钻杆的各个钻杆节形成的轴线。
在一种优选的实施形式中，转移装置相对于钻杆库的可移动性借助一个流体缸实现。如果不需要大的移动行程，可以特别有利地采用流体缸。在这种情况下可以将一个流体缸简单地且特别还是节省空间地集成到转移装置中，因为为了将待装配的钻杆节引导到钻杆的后端上通常并不需要大的移动行程。此外为了运行流体缸还可以有利地采用一个有序地在钻孔设备中存在的流体供给装置(例如压缩空气供给装置；液压回路)。
在一种优选的实施形式中，流体缸设置在转移装置的一根管内，其中所述管沿纵轴向方向可移动地支承在一个导引装置中，并且其中，要么活塞要么流体缸的缸与导引装置连接并且所述缸或活塞与所述管连接。这种构型能够实现将流体缸完全且特别节省空间地集成到本发明钻孔设备的转移装置中。
此外优选的是，转移装置还可以设有两个用于抓取钻杆节的抓取装置。通过至少两个抓取装置可以可靠地抓取一个其长度通常多倍于直径的钻杆节，其中，优选要设定的是，分别是其中一个抓取装置在钻杆节的一端的区域内作用到该钻杆节上。当然，也可以仅借助一个抓取装置进行抓取，其中有利的是，这个抓取装置应该居中地作用在钻杆节上。但在钻杆节很长的情况下，如通常在钻孔设备中那样，在只有一个抓取装置的情况下，钻杆节的端部可能出现下垂，由此钻杆节的端部很难精确地定位在钻杆轴线上。设置两个以上抓取装置(例如三个或四个)通常是不必要的，但在钻杆节很长的情况下可能是有意义，以避免例如钻杆节在中心的下垂。
在抓取装置中，优选可以分别在其中集成流体缸的管的一端设置一个抓取装置。由此用作为用于流体缸的壳体的管同时用作为用于两个抓取装置的保持装置。
有利的是，各抓取元件这样构成，以致这些抓取元件中的每个都包括至少两个绕一条摆动轴线可偏转的抓取元件，它们借助一个楔子朝其闭合位置方向可加载。为了对抓取元件进行加载，楔子的移动在此可以优选借助一个流体缸实现。通过借助一个楔子对抓取元件进行加载，可以以结构上简单的方式和方法将足够高的抓取力施加到钻杆节上。
为了在抽回抓取装置的楔子时实现抓取元件完全从钻杆节松开，此外还可以设定，借助一个(预紧的)弹簧朝其敞开位置方向对各抓取元件进行加载。
此外在本发明的一种优选的实施形式中可以设定，转移装置除了钻杆节的纵向外还可相对于钻杆库沿两个另外的轴线方向移动。它们可以特别优选地相互垂直定向。由此可以相对于钻孔架固定地设置钻杆库且例如在其侧向和上方，并且钻杆节由此所需的高度运动和侧向运动仅仅通过移动转移装置来实现，以便从钻杆库的转移位置进入到与钻杆轴线同心的位置。特别是由此可以阻止装有大量钻杆节的且因此可能很重的钻杆库必须被移动。
转移装置沿两个另外的轴线的移动可以优选借助齿条传动装置实现，因为以这种方式还可以以结构上简单的方式实现更大的移动行程。此外齿条传动装置的突出之处还在于具有高的稳定性和良好的运行可靠性。当然也可以采用其他任意的驱动装置，特别是直线驱动装置，用于移动转移装置。例如可以采用液压或气动驱动的缸或还可以采用经由一个马达(例如电马达、液压马达等等)驱动的心轴。
有利的是，齿条传动装置可以分别包括一个流体马达，从而可以再次动用在钻孔设备中有序存在的流体供给装置。
附图说明
下面借助一个在附图中示出的实施例详细阐述本发明。
在附图中：
图1本发明的钻孔设备在一个第一运行位置的视图；
图2图1的钻孔设备在一个第二运行位置的视图；
图3按图1和2的钻孔设备的转移装置的一部分的视图；和
图4按图3的转移装置的所述部分的纵剖面视图。
具体实施方式
在图1至4中示出一个本发明钻孔设备的轴测图。该钻孔设备作为主要的结构组件包括一个具有许多支承在其上的钻杆节2的钻杆库1、一个仅示出其中一部分的钻孔架3，以及一个转移装置4，利用该转移装置，可以从钻杆库1取出各钻杆节2并且将其定位在钻孔架3中。
钻孔架3的所示出部分包括一个基座5，各个钻杆节2定位在其上方，这些钻杆节规定用于与已钻进的(verbohrten)钻杆(未示出)的自由端连接。在钻孔架3的基座5上设置两条导轨6，一个驱动滑座(未示出)可移动地支承在这些导轨上。驱动滑座在后侧与一个驱动链条(未示出)连接，该驱动链条经由一个在端侧设置在基座5上的液压马达7驱动。驱动链条的根据驱动滑座在基座5上的位置伸出的部分在端侧在基座5上借助一个第一导向装置8转向180°并且在基座的下面上在一个为此设置的第二导向装置9中进行引导。
在驱动滑座上设置一个旋转驱动装置(未示出)，它一方面用于在进给期间驱动钻杆旋转，而另一方面规定用于将一个要新装配的钻杆节2与已钻进的钻杆的自由端拧紧。为此将其驱动轴在前侧设有外螺纹的旋转驱动装置拧入到在后侧设置在钻杆节2上的螺纹套筒10中，并且然后将钻杆节2的具有相应螺纹销的前端引导到钻杆的自由端上并且拧入到钻杆的最后的钻杆节2的螺纹套筒10中。为了避免钻杆在此无意地旋转，在钻孔架3上在基座5的前端(即在图的左边)设置一个夹紧单元(未示出)，该夹紧单元在端侧固定钻杆的最后的钻杆节2，以避免钻杆在拧紧新的钻杆节2期间的共同旋转。
此类的钻孔架3的功能方式的建立由现有技术是已知的。例如DE19953458C1公开了一种相应的钻孔架3，其相关的内容通过引用作为本专利申请的内容。
钻杆库1定位在钻孔架3的基座5旁边。不仅钻孔架3的基座5而且还有钻杆库1都固定在各相同的横梁11上并且因此不能相互运动。钻杆库1具有一个长方体的形状并且由许多相互连接的框架型材构成。在钻杆库1的上侧，钻杆库构成为敞开的，这样转移装置4可以伸到钻杆库1中并且取出一个钻杆节2。在钻杆库1之内在前部和后部窄侧分别设置总共七个隔板12，通过这些隔板，钻杆库1的内腔被细分成八个隔格。在每个隔格中可以上下重叠地存放许多钻杆节2。
本发明的转移装置4位于钻杆库1上方。该转移装置经由一个支座框架13不仅与钻杆库1的外壁连接而且还与钻孔架3的基座5连接。转移装置4包括一个抓取单元14，其细节可以特别在图3和4看到。抓取单元14可以经由转移装置的齿条传动装置沿竖直方向以及水平方向横向于基座5的纵轴线移动。为此设置两个竖直定向的齿条15以及两个水平定向的齿条16，各液压马达的驱动小齿轮与这些齿条啮合，如从图3可以看到的那样。在那里描述了一个前部的第一液压马达17，它经由一个传动装置作用到一个在其端部设置两个驱动齿轮的第一驱动轴18上，所述驱动齿轮与水平定向的齿条16啮合。一个第二液压马达19驱动一个第二驱动轴20，其驱动齿轮与竖直的齿条15啮合。通过受控地驱动两个液压马达17、19，抓取单元14可以不仅沿竖直方向而且还沿水平方向沿水平齿条16移动。
此外根据本发明，还将一个直线驱动装置集成到抓取单元14中，经由该直线驱动装置，抓取单元14的一个抓具21可以相对于钻杆库1以及相对于钻孔架3的基座5沿一个固定在抓具21中的钻杆节2的纵轴线方向移动。以液压缸为基础的直线驱动装置集成到抓取单元14的抓具21中，如特别在图4中看到的那样。抓具21包括一个支座管22，在其端部分别设置一个抓取装置。支座管22沿纵轴方向可移动地支承在一个导引管23中，该导引管与抓取单元14的一个托架24连接。此外在该托架24上还有各齿条传动装置的驱动轴18、20和液压马达17、19以及两个用于竖直齿条15的导引套筒25和用于水平齿条16的导引辊26。
在支座管22之内有液压缸，其缸27经由一个横销28与导引管23连接而其活塞29在一端与支座管22连接。液压缸的移入相应地导致支座管22的其上固定液压缸的活塞29的那端朝缸27方向继而朝导引管23移去。横销28以及液压缸的两个液压接口30在此在支座管22的两个导引槽中引导。缸27的移出导致一个相反的运动方向。
每个抓取装置都包括两个抓取元件31，它们可以跷跷板状地绕一个摆动轴线32转动。每个抓取装置的抓取元件31都借助一个预紧的弹簧(未示出)加载到在图3和4所示的敞开位置。通过借助一个小的液压缸33将一个楔子34从上方推入到由两个抓取元件31构成的中间腔中的方式导致抓取元件31的闭合，由此使两个抓取元件31的上端向外偏转并且抓取元件31的相对置的端部也就是下端相互移近，其中可以将一个钻杆节2包围。
在图2中示出了如何借助转移装置4抓住存放在钻杆库1的一个隔格中的多个钻杆节2的最上面的钻杆节。转移装置4的抓取单元14为此移入到钻杆库1的内部中。在用抓取元件31抓住钻杆节2之后，抓取单元14经由竖直的齿条传动装置重新向上移动，直到抓取单元14连同固定在其上的钻杆节2定位在钻杆库1上方。接着抓取单元14与钻杆节2一起借助水平定向齿条传动装置横向移动，直到抓取单元定位在钻孔架3的基座5上方。接着抓取单元14与钻杆节2一起下降直到钻杆节2以其纵轴线与钻孔架3的钻杆轴线同心定位为止。通过激活集成到抓取单元14中的直线驱动装置，在前侧设置在钻杆节2上的螺纹销可以***到钻杆的最后的钻杆节2的相应的螺纹套筒中。接着驱动滑座的旋转驱动装置在后侧与待装配的钻杆节2连接，并且抓取元件31随后从位置固定的钻杆节2松开。通过使旋转驱动装置连同装配的钻杆节2一起旋转并且同时借助钻孔架的夹紧单元固定已钻进的钻杆，将装配的钻杆节2与钻杆拧紧。接着可以继续钻孔运行并且将延长了新钻杆节的钻杆推进到土层中，直到驱动滑座到达钻孔架3的基座5的下端上。然后，将钻杆的后端重新夹紧并且通过沿相反方向旋转从钻杆松开旋转驱动装置。接着它可以再次移动到钻孔架3的基座5的后端并且在重复已描述的运行步骤情况下将一个另外的钻杆节2从钻杆库1取出并与钻杆连接。

Claims (10)

1.钻孔设备，具有一个确定一条钻杆轴线的钻孔架(3)、一个用于许多钻杆节(2)的钻杆库(1)和一个用于从钻杆库(1)接收一个钻杆节(2)并将该钻杆节(2)转移到钻杆轴线上的转移装置(4)，其特征在于，转移装置(4)包括一个抓取单元(14)，并且抓取单元(14)具有一个抓具(21)，其能够固定钻杆节(2)，其中在抓取单元(14)中集成一个直线驱动装置，并且经由该直线驱动装置，抓具(21)在抓取单元(14)中的相对位置沿钻杆节(2)的纵轴线方向能够被改变。
2.根据权利要求1所述的钻孔设备，其特征在于，直线驱动装置具有液压缸，其沿着钻杆节(2)的纵轴线方向定向。
3.根据权利要求2所述的钻孔设备，其特征在于，液压缸设置在转移装置(4)的一根管内并且所述管沿纵轴向方向可移动地支承在一个导引装置中，其中，要么活塞(29)要么液压缸的缸(27)与导引装置连接并且相应地所述缸(27)或活塞(29)与所述管连接。
4.根据前述权利要求之一所述的钻孔设备，其特征在于，转移装置(4)包括两个用于抓取钻杆节(2)的抓取装置。
5.根据权利要求4所述的钻孔设备，其特征在于，分别在所述管的一端设置一个抓取装置。
6.根据权利要求4所述的钻孔设备，其特征在于，抓取装置分别包括两个绕一个摆动轴线(32)可偏转的抓取元件(31)，这些抓取元件借助一个楔子(34)朝其闭合位置方向可被加载。
7.根据权利要求6所述的钻孔设备，其特征在于，各抓取元件(31)借助一个弹簧朝其敞开位置方向被加载。
8.根据权利要求1所述的钻孔设备，其特征在于，转移装置(4)除了沿钻杆节(2)的纵向的可移动性外还相对于钻杆库(1)沿两个另外的轴线的方向可移动，这三条轴线相互垂直定向。
9.根据权利要求8所述的钻孔设备，其特征在于，该设备具有用于使转移装置(4)沿所述两个另外的轴线移动的齿条传动装置。
10.根据权利要求9所述的钻孔设备，其特征在于，齿条传动装置包括一个流体马达。
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